专利名称：轮盘锻件及制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于机械制造技术领域，涉及一种燃气轮机组关键锻件的制造方法。
背景技术：
I、目前，燃气轮机轮盘锻件采用的成分标准不同，普遍存在C、Mn、Cr、Mo等主元素成分范围较大，需要对主元素成分进行内控。2、传统的燃气轮机轮盘锻件采用以下生产工艺 (1)冶炼EBT(电弧炉)+LF精炼+VD真空脱气，下注钢锭；
(2)锻造自由锻压力机锻造，拔长、墩粗、出成品，总锻比大于3；
(3)预备热处理正火+回火；
(4)性能热处理淬火+回火处理
3、传统工艺的缺点在于
(一)、由于传统冶炼工艺缺少电渣冶炼过程，因此难以保证钢水的纯净度、要求，通过电渣的渣洗过程可以进一步降低材料的夹杂物级别、并减少钢锭成分偏析等冶金缺陷；
(二)、由于传统的锻造工艺缺少旋压锻造工艺，使心部变形过程中受拉应力使材料心部不易锻实，难以保证轮盘锻件的心部探伤要求。(三)、传统的锻后热处理由于采用一次正火处理，较为粗大且易存在混晶组织，而新工艺采用了两次正火处理不仅使成分更加均匀化消除微观偏析并进一步细化晶粒，消除混晶影响，为调质处理提供相匹配的组织准备。(四)、传统的调质工艺不采用水淬到室温的深冷淬火工艺，因此锻件难以淬透，因而力学性能尤其是韧脆转变温度难以满足技术要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种轮盘锻件及制造工艺，以解决现有技术缺少电渣冶炼过程，难以保证钢水的纯净度；缺少旋压锻造工艺，使心部变形过程中受拉应力使材料心部不易锻实，难以保证轮盘锻件的心部探伤要求。锻后热处理采用一次正火处理，较为粗大且易存在混晶组织。调质工艺不采用水淬到室温的深冷淬火工艺，因此锻件难以淬透，因而力学性能尤其是韧脆转变温度难以满足技术要求等问题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是对锻件成分含量进行进一步优化，控制C、Mn元素含量上限，提高Ni元素含量，降低P、S有害元素含量，降低元素Si含量；增加电渣重熔工艺，通过锻后热处理采用两次正火处理；其成分含量重量百分比为
C 0. 25%-0. 28%、Mn 0. 30%-0. 35%、Si ( O. 020%、P 彡 O. 012%、S 彡 O. 010%、Cr
I.45%-1. 55%、Ni 2. 70%-2. 80%、Al S O. 015%、Cu S O. 20%、其余元素 Fe。其工艺步骤如下
电极还冶炼
采用电弧炉冶炼(EAF) +电炉精炼(LF) +真空脱气(VD)；取样检验包内取样分析化学成分，符合成分要求，VD结束温度VD出钢温度1550 15700C .气体含量 H 彡 I. 5ppm、O ( 50ppm、N ( 80ppm电极还烧注
采用氩气保护下注；
电洛重熔冶炼电洛重熔工艺参数为
a、渣系采用2元渣系，即氧化铝28% -32%，氟化钙提高68% -72%。b、填充比采用三相电渣炉重熔，将填充比控制在O. 22-0. 24之间。C、结晶器水温结晶器出口水温控制在30°C -60°C之间。d、干燥空气全过程保护3. I-, 8m3 /min,干燥空气湿度< O. lg/m3。e、脱氧剂AL粒每5分钟加一次，重量80_100g。钢锭退火680°C ±10°C退火25-28小时。钢锭锻造分五火锻造,具体参数如下
锻前加热1240±10°C保温10-16h ；
锻造温度范围1240°C -800°C。第一火钢锭压钳把，滚圆，拔长至600八方，下料1250长，余料入炉；
第二火拔长至400八方，下料890长/件，余料入炉；
第三火镦粗至Η=330— Φ 670，滚锻至Η=630— Φ 485 ；
第四火旋压至Η=400—Φ600，滚圆；
第五火旋压至成品尺寸Η+265—Φ730 锻后热处理
为了给性能热处理提供良好的组织保证，锻后热处理采用两次正火加扩氢退火的锻后热处理工艺，进一步达到组织成分均匀，晶粒细化效果，并消除白点隐患。第一次正火920±15°C，保温彡4小时，空冷；
2、第二次正火850-870°C，保温彡6小时，空冷；
3、扩氢退火640-660°C，保温>40小时；
性能热处理
通过淬火充分冷却使材料组织转变充分，心部完全淬透，锻件获得均一的回火马氏体或者回火贝氏体组织。 奥氏体化840-850°C保温，保温时间彡5小时；
冷却1.淬火介质水。水冷时间40min。2.水温 20-25O。3.水冷过程中进行搅拌。4.出水后20分钟测温，工件表面位置温度要彡1490C。性能及组织检验
硬度按GB/T230-2004进行检验。拉伸GB/T 228金属材料室温拉伸试验方法。冲击GB/T 229金属材料夏比摆锤冲击试验方法。晶粒度GB/T 6394金属平均晶粒度测定方法。显微组织GB/T 13320钢质模锻件金相组织评级图及评定方法。
采用本发明的积极效果是
化学成份配比合理，材料纯净度好；心部锻实效果好；金属组织的致密度良好；
具体指标是
调制后硬度HB293-341 (Hs43_50)；
抗拉强度σ b 999MPa-1137Mpa ；
屈服强度σ s≥758Mpa ；
延伸率A≥50% ；
断面收缩率..rL≥35% ；
韧脆转变温度FATT(50%)≤33°C ；
强度一致性试棒的拉伸强度与锻件本体的强度差应< 68N/mm2，如果锻件只需要一个拉伸试棒或者只需要检验硬度，锻件本体上的布氏硬度值差应小于20HB)。金相检验达到奥氏体晶粒度3级或更好，组织为回火马氏体或回火贝体组织。采用本发明通过成分优化提高材料淬透性及综合力学性能；通过电渣重熔工艺有效的提高了钢水的纯净度；通过锻压工艺的研发、改进使锻件组织得到均匀化，心部充分锻透；通过锻后热处理的2次正火工艺进一步使材料均质化并细化了晶粒；通过淬火工艺的优化使锻件的显微组织充分转变，从而解决了锻件探伤不合格及力学性能尤其是材料韧脆转变温度无法满足要求的问题。
下面结合附图和实施对本发明进一步说明
附图I为本发明工艺流程图。
具体实施例方式实施例一
电极还冶炼
取样检验包内取样分析化学成分,成分含量为
C 0. 256%、Mn 0. 32%、Si 0. 019%、P 0. 009%、S 0. 006%、Cr 1. 48%、Ni 2. 72%、Al
O.014%、Cu 0. 16%、Fe 95. 16%。VD 结束温度 VD 出钢温度1555°C .气体含量 H :1. 2ppm、O :45ppm、N ≤ 78ppm 电极坯浇注采用氩气保护下注；
电洛重熔冶炼电洛重熔工艺参数为 a、渣系氧化铝30%，氟化钙提高70%。b、填充比填充比0· 23。c、结晶器水温结晶器出口水温40°C。d、干燥空气全过程保护4. 3m3 /min,干燥空气湿度0. 68g/m3。e、脱氧剂AL粒每5分钟加一次，重量90g。钢锭退火682°C退火26小时。钢锭锻造分五火锻造,具体参数如下
锻前加热1242°C保温Ilh ；第一火钢锭压钳把，滚圆，拔长至600八方，下料1250长，余料入炉；
第二火拔长至400八方，下料890长/件，余料入炉；
第三火镦粗至Η=330— Φ 670，滚锻至Η=630— Φ 485 ；
第四火旋压至Η=400—Φ600，滚圆；
第五火旋压至成品尺寸Η+265—Φ730 锻后热处理
第一次正火922°C，保温7小时，空冷；
第二次正火870°C，保温10小时，空冷； 扩氢退火640°C，保温42小时；
性能热处理通过淬火充分冷却使材料组织转变充分，心部完全淬透，锻件获得均一的回火马氏体或者回火贝氏体组织。奥氏体化841 °C保温,保温时间6小时；
冷却I.淬火介质水。水冷时间40min。2.水温 21 O。3.水冷过程中进行搅拌。4.出水后20分钟测温，工件表面位置温度80°C。实施例二
1、电极还冶炼
取样检验包内取样分析化学成分,成分含量为
C 0. 276%、Mn 0. 34%、Si 0. 017%、P 0. 010%、S 0. 007%、Cr 1. 53%、Ni 2. 76%、Al O. 012%、Cu 0. 14%、Fe 95. 31%。VD 结束温度 VD 出钢温度1565°C .气体含量 H :1. lppm、O :32ppm、N 彡 68ppm
2、电极坯浇注采用氩气保护下注；
3、电洛重熔冶炼电洛重熔工艺参数为
a、洛系氧化招30. 5%，氟化韩提高69. 5% οb、填充比填充比0· 23。c、结晶器水温结晶器出口水温40°C。d、干燥空气全过程保护4. 5m3 /min,干燥空气湿度0. 67g/m3。e、脱氧剂AL粒每5分钟加一次，重量90g。4、钢锭退火685°C退火26小时。5、钢锭锻造分五火锻造,具体参数如下
锻前加热1241°C保温16h ；
第一火钢锭压钳把，滚圆，拔长至600八方，下料1250长，余料入炉；
第二火拔长至400八方，下料890长/件，余料入炉；
第三火镦粗至Η=330— Φ 670，滚锻至Η=630— Φ 485 ；
第四火旋压至Η=400—Φ600，滚圆；
第五火旋压至成品尺寸Η+265—Φ730。6、锻后热处理
第一次正火923°C，保温7小时，空冷；第二次正火862°C，保温10小时，空冷；
扩氢退火650°C,保温42小时；
7、性能热处理通过淬火充分冷却使材料组织转变充分，心部完全淬透，锻件获得均一的回火马氏体或者回火贝氏体 组织。奥氏体化845°C保温，保温时间6小时；
冷却1.淬火介质水。水冷时间40min。2.水温 21 O。
3.水冷过程中进行搅拌。
4.出水后20分钟测温，工件表面位置温度62°C。8、性能及组织检验
硬度按GB/T230-2004进行检验。拉伸GB/T 228金属材料室温拉伸试验方法。冲击GB/T 229金属材料夏比摆锤冲击试验方法。晶粒度GB/T 6394金属平均晶粒度测定方法。显微组织GB/T 13320钢质模锻件金相组织评级图及评定方法。
权利要求
1.一种轮盘锻件，其特征是该锻件对材料成分含量进行进一步优化，控制C、Mn元素含量上限，提高Ni元素含量，降低P、S有害元素含量，降低Si含量以降低与Mn元素的回火脆性；增加电渣重熔工艺提高钢水的纯净度，通过锻后热处理采用两次正火处理进一步使材料均质化并细化了晶粒；其锻件成分含量或重量百分比为C 0. 25%-0. 28%、Mn 0. 30%-0. 35%、Si ≤ O. 020%、P ≤ O. 012%、S ≤ O. 010%、Cr .1.45%-1. 55%、Ni 2. 70%-2. 80%、Al ≤O. 015%、Cu :≤ O. 20%、其余元素 Fe。
2.一种轮盘锻件制造工艺，其特征是制造工艺步骤如下 O电极还冶炼 采用电弧炉冶炼(EAF) +电炉精炼(LF) +真空脱气(VD); 取样检验包内取样分析化学成分，符合成分要求，VD结束温度VD出钢温度1550 .15700C .气体含量 H ≤ I. 5ppm、O ≤ 50ppm、N ≤ 80ppm .2)电极坯浇注采用氩气保护下注； .3)电洛重熔冶炼电洛重熔工艺参数为 a、渣系采用2元渣系，即氧化铝28%-32%，氟化钙提高68% -72% ； b、填充比采用三相电渣炉重熔，将填充比控制在O.22-0. 24之间； C、结晶器水温结晶器出口水温控制在30°C -60°C之间； d、干燥空气全过程保护3.7-. 8m3 /min,干燥空气湿度< O. lg/m3 ； e、脱氧剂AL粒每5分钟加一次，重量80-100g； .4)钢锭退火680°C土 10°C退火25-28小时； .5)钢锭锻造分五火锻造，具体参数如下 锻前加热1240±10°C保温10-16h ； 锻造温度范围1240°C -800°C ； 第一火钢锭压钳把，滚圆，拔长至600八方，下料1250长，余料入炉； 第二火拔长至400八方，下料890长/件，余料入炉； 第三火镦粗至Η=330—Φ670，滚锻至Η=630-Φ485 ； 第四火旋压至Η=400—Φ600，滚圆； 第五火旋压至成品尺寸Η+265—Φ730 .6)锻后热处理为了给性能热处理提供良好的组织保证，锻后热处理采用两次正火加扩氢退火的锻后热处理工艺，进一步达到组织成分均匀，晶粒细化效果，并消除白点隐患； 第一次正火920±15°C，保温彡4小时，空冷； 第二次正火850-870°C，保温彡6小时，空冷； 扩氢退火640-660°C，保温> 40小时； .7)性能热处理通过淬火充分冷却使材料组织转变充分，心部完全淬透，锻件获得均一的回火马氏体或者回火贝氏体组织； 奥氏体化840-850°C保温，保温时间彡5小时； 冷却a :淬火介质水水冷时间40min ； b :水温 20-25 0C ； c :水冷过程中进行搅拌； d :出水后20分钟测温，工件表面位置温度要< 149°C ；8)性能及组织检验硬度按GB/T230-2004进行检验； 拉伸GB/T 228金属材料室温拉伸试验方法；冲击GB/T 229金属材料夏比摆锤冲击试验方法；晶粒度GB/T 6394金属平均晶粒度测定方法；显微组织GB/T 13320钢质模锻件金相组织评级图及评定方法。
全文摘要
一种轮盘锻件及制造工艺，属于机械制造技术领域，该工艺对材料成分进行进一步优化，控制C、Mn元素含量上限，提高Ni元素含量，降低P、S有害元素含量，降低Si含量以降低与Mn元素的回火脆性；增加电渣重熔工艺提高钢水的纯净度，通过锻后热处理采用两次正火处理进一步使材料均质化并细化了晶粒；其原材料组分为C、Mn、Si、P、S、Cr、Ni、Al、Cu、Fe。工艺步骤包括电极坯冶炼、电渣重熔冶炼、钢锭退火、钢锭锻造、锻后热处理、性能热处理、性能及组织检验。本发明化学成份配比合理，材料纯净度好；心部锻实效果好；金属组织的致密度良好；解决了锻件探伤不合格及力学性能尤其是材料韧脆转变温度无法满足要求的问题。
文档编号C21D1/26GK102719761SQ201110449629
公开日2012年10月10日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者司兴奎, 呙文武, 孟扬, 曹智勇, 杨清 申请人:通裕重工股份有限公司